随着航天任务的日趋多元化和复杂化,利用以小卫星为代表的有效载荷完成在轨加注、模块化载荷更换及功能升级等任务是未来航天发展的趋势之一。载人航天领域,利用重复式对接机构可以实现大型舱段的连接与分离,但是其大体积、大质量及复杂的结构并不适用小卫星之类的载荷,因此迫切需要研制专门适用于在轨小卫星重复锁紧与释放用装置,满足在轨任务多样化需求。基于对国内外重复锁紧与释放装置的调查和研究,结合小卫星锁紧释放装置的功能要求和性能指标,同时考虑设计过程的约束条件,开展小卫星重复锁释装置全流程任务分析。提出四种满足功能及性能需求的重复锁释装置方案,分别阐述每种方案的基本组成及工作原理,通过比较优选出最终锁释装置方案。小卫星在轨锁紧与释放需要机械臂的辅助操控,基于机械臂末端执行器平动及转动精度,利用D-H法建立小卫星关键点的运动学模型,以此得到关键点在机械臂极限误差操控下的误差空间,为锁释装置捕获机构设计提供输入。分别建立锁释装置的动力学及静力学仿真模型,通过仿真得到锁释装置的关键动态特性并实现对锁释装置结构刚度及强度校核,保证装置结构设计的安全性。开展小卫星重复锁释装置的布局设计,同时进行锁释装置中关键组件的结构设计,获得锁释装置合理的结构参数。研制小卫星低冲击重复锁释装置原理样机,根据实验测试需求搭建实验测试平台并采用悬吊法构建地面微重力环境,开展锁释装置重复锁紧及分离小卫星的功能实验、小卫星姿态调整验证及分离速度测试,验证设计方案的合理性。